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炼钢工序生产的钢锭或连铸坯,不能直接作为其它工业生产的原材料或直接用于社会消费,因此必须对其作进一步的塑性加工或其它加工,制成各种形状并能满足各种用途的钢材。钢材既是工业生产的基础原材料,同时也是社会生活中重要的消费材料,在国民经济中具有十分广泛的用途。
在钢铁工业生产中,绝大多数钢材是经过塑性加工制成或先经塑性加工再经其它加工制成的。所谓金属塑性加工,就是用不同的设备、工具对金属施加外力,使之产生塑性变形,制成具有预期的尺寸、形状和性能的产品的加工方法,又称金属压力加工。
塑性加工方法很多,有热压延加工法和冷压延加工法。热压延加工是将坯料加热到金属再结晶温度以上进行的塑性加工,其中热轧法是最主要的生产方法,约有90%的钢是采用热轧法直接成材,或先经热轧然后再采用其它加工方法成材的。
一、热压延加工法
热压延加工法包括热轧、锻压、挤压等方法。
(一)热轧法
热轧法是将钢料加热到1000℃~1250℃左右,用轧钢机轧制成材的方法。
1、轧钢机
(1)按用途分类
热轧机按用途分类有以下几种:
1)初轧机。用于将大钢锭轧成半成品,如方坯、板坯等。初轧机的大小以轧辊名义直径来表示,例如“850”初轧机,表示其轧辊名义直径为850毫米。初轧机的轧辊直径一般在700毫米以上,目前国内最大的初轧机辊径为1300毫米(在宝钢股份公司)。随着连铸的迅速发展,初轧机的作用在逐步减弱,现已不再建设初轧机。
2)钢坯轧机。用于将小钢锭或连铸坯或经初轧后仍较大的钢坯轧成较小的钢坯。钢坯轧机的大小以轧辊名义直径来表示,例如“650”开坯机,表示其轧辊名义直径为 650毫米。钢坯轧机的轧辊直径一般为 450毫米~700毫米。
3)型钢轧机。用于轧制各种型钢、钢轨、棒材、钢筋和线材等产品。型钢轧机包括轨梁轧机、大型轧机、中型轧机、小型轧机、棒材轧机和线材轧机等。型钢轧机的大小用精轧机轧辊名义直径表示,轨梁轧机的轧辊名义直径一般为750毫米~950毫米,大型轧机一般为550毫米~650毫米,中型轧机为350毫米~500毫米,小型轧机为250毫米~300毫米,线材轧机在25O毫米以下。
4)钢板、钢带轧机。用于轧制钢板、钢带。钢板(带)轧机大小以工作辊的辊身长度来表示,例如“1700”钢板轧机,表示其工作辊辊身长度为1700毫米。钢板轧机按所轧钢板厚度分为特厚板轧机、中厚板轧机、薄板轧机。
5) 钢管轧机。用于以轧制法生产无缝钢管。钢管轧机以能轧钢管的最大外径来表示,例如 “140”轧管机,表示这套轧管机能生产外径最大为140毫米的无缝钢管。
6)特种轧机。有车轮、轮箍轧机、钢球轧机等。
(2)按排列方式分类
轧钢机按其排列方式分类主要有以下4种:
1)单机架轧机。轧件在仅有的一台机架中完成轧制。
2)横列式轧机。数台机架横列,由一台或两台电动机驱动。轧件依次在各机架轧制一道或数道。
3)纵列式轧机。数台机架按轧制方向排成一行,轧件依次在各机架中轧制一道,但不同时在数台机架中轧制,或虽然同时在数台机架中轧制,但不构成连轧关系。
4)连续式轧机。数台机架按轧制方向排成一行,轧件同时在几台机架中轧制,并保持连轧关系,即各架轧机单位时间内的金属流量相等。
(3)按轧辊在机座中的排列方式分类
按轧辊在机座中的排列方式分类有以下4种:
1)水平式轧机。即轧辊水平布置的轧机。初轧机、型钢轧机、钢板轧机都属于这一类。这类轧机按轧辊的数目和排列方式又可分为二辊式轧机、三辊式轧机、四辊式轧机、多辊式轧机(如六辊、八辊、十二辊、十四辊、十六辊、二十辊轧机及行星轧机等)。
2)立辊轧机。即轧辊直立布置的轧机。在连续式型钢及钢坯轧机、钢板轧机、带钢轧机及线材轧机中都有立辊机座,它专门用于加工轧件的侧面。
3)万能轧机。既有立辊、又有水平辊的轧机。如二辊式、四辊式万能轧机及万能式钢梁轧机等。
4)斜辊轧机。轧辊倾斜布置的轧机。如生产无缝钢管的穿孔机、钢球轧机等都属于这一类。
2、生产方法
传统的热轧生产过程一般分以下两个步骤:
第一步用初轧机或钢坯轧机将钢锭、钢坯或连铸坯轧成一定形状和尺寸的钢坯。这种轧制过程通常称为半成品生产,也叫开坯生产。
第二步采用不同的成品轧机将钢坯或连铸坯轧成适当形状和尺寸的成品钢材,这种生产过程叫成品生产,一般又分为粗轧和精轧两个阶段。粗轧阶段采取大的压下量(每轧一道次压下的量),以减少轧制道次,提高产量;粗轧之后再进入精轧阶段,以小的压下量进行精轧,以达到良好的表面和精确的尺寸。
随着连铸生产的发展,目前很多企业采用连铸坯作为原料,只用上述的第二步骤生产钢材,并且向连铸连轧方向发展。
(二)锻压法
锻压法是用锻锤、精锻机、快锻机或液压机将钢锭锻压成钢材、钢坯或锻件毛坯。锻压是最早采用的加工方法,锻造又分为自由锻造和模型锻造两种。锻压法可以得到机械性能更好以及轧制法所不容易或不能够得到的形状的成品钢材。
(三)挤压法
挤压法是将坯料装入挤压机的挤压筒中加压,使之从挤压筒的孔中挤出,形成比坯料断面小,并有一定断面形状的型材、管材或空心材等。挤压法用于生产用热轧法难以生产的产品(如复杂断面钢材、不锈钢管等)。
二、冷压延加工法
冷压延加工法包括冷轧、冷拔和冷拉、冷弯、冷挤压等方法。
冷压延加工法是将热轧后的钢材在再结晶温度以下继续进行加工,使之成为冷压延加工钢材。采用冷压延加工方法可以改善钢材的机械性能,并得到尺寸精度高和有一定光洁度的产品。
(一)冷轧法
冷轧法主要用于生产冷轧钢板、冷轧钢管及冷轧钢筋。
冷轧钢板可采用二辊式轧机、四辊可逆式轧机、多辊可逆式轧机和冷连轧机生产。四辊和多辊轧机虽然工作辊仍然只有两个,但每个工作辊都有一个乃至多个大直径的支承辊支承着,可防止工作辊产生挠度。因而可以生产宽度大和更薄的钢板,例如二十辊轧机能生产薄至0.001毫米的薄板,但两辊轧机一般只能生产薄至0.35毫米的薄板。
冷轧钢管采用二辊周期式冷轧管机和多辊式冷轧管机生产。
冷轧钢筋采用Y型三辊轧机生产。
(二)冷拔法
冷拔法主要用于生产型钢和钢管。冷拔法就是用冷拔机对型钢和钢管进行冷拔。对钢管进行冷拔又分无芯棒拉拔、长芯棒拉拔和短芯棒拉拔三种。
冷拔机大小以拉力来表示,如 10吨冷拔机是表示这台冷拔机的拉力为10吨。
(三)冷弯法
冷弯法主要用于生产冷弯型钢和焊管。冷弯法是通过冷弯机将钢带或钢板在冷状态下弯曲成各种断面形状的钢材。若弯曲成圆形、方形等中空形状并以适当的焊接方法将接缝焊合形成的钢管即是焊管。冷弯的优点:一是冷弯成的型钢重量轻、承载大,用它代替热轧型钢可以节约金属;二是可以生产热轧所不能生产的各种特薄、特宽和断面形状复杂的型钢。
三、镀、涂层加工
为了提高钢材的抗腐蚀性和装饰性,在塑性加工钢材的表面镀或涂一层保护层,成为镀、涂层钢材,也是钢材生产方法的重要内容。保护层材质分金属和非金属两类。金属保护层采用电镀、热镀及化学镀层方法。镀层金属主要有锌、锡、铜、铝、铬等,其中以镀锌和镀锡最为普遍。以薄板为例,薄板镀锌采用热镀方法的较多,连续热镀锌是目前世界各国采用的一种主要镀锌方法。钢板热镀锌工艺具有效率高、产量大、成本低、镀层厚等优点。薄钢板镀锡多采用连续式电镀方法。薄钢板电镀锡工艺较热镀锡工艺虽有成本高、镀层薄的不足,但具有镀层均匀、光洁度好等优点。非金属保护层采用辊涂等涂层方法,在冷轧板、镀锌板、焊管等钢材上涂上一层或两层有机涂料(如环氧酯、聚酯、丙烯酸脂、塑料溶胶等)或者覆上一层塑料薄膜。由于涂层可以制成不同的颜色,因此涂层钢板也叫彩色钢板或彩涂钢板。辊涂法是目前采用的主要生产方法,具有效率高、成本低、有利于环境保护以及产品涂层厚度均匀,具有良好的着色性、成型性、耐蚀性等优点。